(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極線最表面の略全面に、電極線母材よりも電気抵抗の大きい抵抗膜の部分と該抵抗膜よりも導電率の大きい導電性微粒子とが混在した放電分散被膜層を有し、前記放電分散被膜層の膜厚が０．１〜３０μｍで、前記放電分散被膜層中の導電性微粒子の濃度ｙ（重量％）は、５≦ｙ≦８０％で、且つ、前記放電分散被膜層の膜厚ｘ（μｍ）が０．１≦ｘ＜１８（μｍ）の範囲では、ｙ＞４．５ｘ−３５を満たし、前記放電分散被膜層の膜厚ｘ（μｍ）が１８≦ｘ≦３０（μｍ）の範囲では、ｙ＞１．５ｘ＋２０．４を満たすことを特徴とするワイヤ放電加工用電極線。
【請求項２】
前記抵抗膜は、金属炭化物または樹脂の膜であり、前記導電性微粒子は、有機物粉末または金属粉末である請求項1記載のワイヤ放電加工用電極線。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワイヤ放電加工用電極線、特に、小さな放電ギャップで安定して放電を発生させることができる微細加工に好適なワイヤ放電加工用電極線に関する。
【背景技術】
【０００２】
ワイヤ放電加工は、放電加工用の電極として電極線（ワイヤ電極）を使用し、電極線と被加工物（ワーク）との間に放電電圧を印加して、放電現象により発生した熱で被加工物を溶解切断する加工法であり、その電極線は線径が０．２ｍｍ程度のものが一般的であり、また、微細な加工の場合には線径１００μｍ以下（０．０１〜０．１ｍｍ）といった細線径の電極線を使用している。そして、その電極線には、線径が比較的大きいものでは、黄銅（Brass）すなわち真鍮のワイヤを使用している。黄銅線は、導電率が高いため放電時の発熱が小さく、放電特性も優れている。しかし、黄銅線は強度（引張り強さ）が大きくないため、線径が小さい電極線には使用することができない。そこで、線径が小さいもの、特に、微細加工に用いる線径が１００μｍ以下のものでは、高温での強度（引張り強さ）が高いＷ（タングステン）やＭｏ（モリブデン）のワイヤを使用している。しかし、タングステン線やモリブデン線は、価格および製造性に問題がある。その他、ワイヤ放電加工用電極線として、鋼線の表面に銅や黄銅のめっき等を施したワイヤや、更にその最表面に亜鉛めっきを施したワイヤ（複合線）も開発されている。
【０００３】
また、ワイヤ放電加工では、安定して放電を発生させるために電極線と被加工物との間に数ミクロン〜数十ミクロンの間隙（極間距離）すなわち放電ギャップが必要で、加工中の放電電圧および放電電流をモニターしながら被加工物を加工方向へサブミリ秒オーダで前進後退させて放電ギャップを適正に保持する制御（極間サーボ制御）を行うが、微細加工の場合には、極間が狭くなり、特に、高速加工中は電極線の振れ等による電極線と被加工物の接触（短絡）が避けらず、短絡による異常放電で電極線が断線して加工面性状が悪化するという問題があるということから、そうした高速加工中の振れ等による短絡で異常放電が発生して断線する頻度を低減し、加工面性状の悪化を防止するために、ワイヤ放電加工用電極線の表面に斑点状の絶縁膜をまだら状に施すことが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００６−２８１３３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ワイヤ放電加工では、放電ギャップが大きいと、大きな放電が発生して被加工物のダメージが大きくなり、加工速度は速くなるが、加工面が粗くなる。また、放電ギャップを小さくすると、放電が小さくなり、加工面がきれいになるが、加工速度は遅くなり、また、加工が不安定となりやすく、加工能率が低下する。また、放電ギャップが小さいと、短絡による異常放電が発生し易くなる。また、上記のように短絡による異常放電を防止するためにワイヤ表面に斑点状の絶縁膜をまだら状に施すと、電極線と被加工が接触したときの短絡を減らすことはできるが、絶縁膜は電気を通さないため、放電に有効に寄与する表面積が少なくなり、放電回数が減少し、加工速度が更に遅くなる。
【０００５】
本発明は、こうした問題を解決するもので、小さな放電ギャップで安定して放電を発生させることができる微細加工に好適なワイヤ放電加工用電極線を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のワイヤ放電加工用電極線は、電極線最表面の略全面に、電極線母材（黄銅、鋼、Ｗ、Ｍｏ等）よりも電気抵抗の大きい抵抗膜（例えば、金属炭化物、樹脂等の膜）の部分と該抵抗膜よりも導電率の大きい導電性微粒子（例えば、有機物粉末、金属粉末等）とが混在した放電分散被膜層（放電点を分散させてワイヤ放電加工の加工速度を向上させる被膜層）を有し、前記放電分散被膜層の膜厚が０．１〜３０μｍで、前記放電分散被膜層中の導電性微粒子の濃度ｙ（重量％）は、５≦ｙ≦８０％で、且つ、前記放電分散被膜層の膜厚ｘ（μｍ）が０．１≦ｘ＜１８（μｍ）の範囲では、ｙ＞４．５ｘ−３５を満たし、前記放電分散被膜層の膜厚ｘ（μｍ）が１８≦ｘ≦３０（μｍ）の範囲では、ｙ＞１．５ｘ＋２０．４を満たすことを特徴とする。
【０００７】
放電分散被膜層は、ワイヤ放電加工の放電点が適度に分散して加工速度が向上するように、抵抗材料の重量と導電性微粒子の重量の総和に対する導電性微粒子の重量の百分率で定義される導電性微粒子の濃度ｙ（％）が設定される。
【０００８】
このワイヤ放電加工用電極線は、電極線最表面の略全面に、電極線母材よりも電気抵抗の大きい抵抗膜の部分と該抵抗膜よりも導電率の大きい導電性微粒子とが混在した放電分散被膜層を有することで、放電が分散し、適度に放電点を分散させて加工速度を速くすることができるとともに、小さな放電ギャップで安定して放電を発生させることができ、ワイヤ放電加工機に使用して極間サーボ制御（サーボ電圧値の制御）の最適化により、放電ギャップを小さくして加工面をきれいにすることができるとともに、加工溝幅を小さくすることができる。また、小さな放電ギャップで安定して放電を発生させることができるため、必ずしもＷ（タングステン）等を母材としないでも微細加工用として安価に供給できる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のワイヤ放電加工用電極線は、適度に放電点を分散させて加工速度を速くすることができるとともに、小さな放電ギャップで安定して放電を発生させることができ、ワイヤ放電加工機に使用して極間サーボ制御の最適化により、放電ギャップを小さくして加工面をきれいにすることができるとともに、加工溝幅を小さくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１は、本発明の実施の形態の一例のワイヤ放電加工用電極線（以下、電極線１０という。）の断面構造を模式的に示している。図において、１１は鋼線（ピアノ線）、１２は黄銅めっき層、１３は抵抗膜の部分と導電性微粒子とが混在した被膜層（放電分散被膜層）である。この電極線１０は、鋼線（ピアノ線）１１の表面に黄銅めっき層１２を設けた線材を伸線加工し、最終伸線加工後、電極線母材よりも電気抵抗の大きい抵抗材料であるアルキド樹脂、ポリスチレン樹脂等の樹脂と、それよりも導電率の大きい導電性微粒子であるオレンジＧ等の有機物粉末や、鉄粉等の金属粉末を溶かした溶液に浸漬させることにより、最表面に、抵抗膜の部分とそれよりも導電率の大きい導電性微粒子とが混在した被膜層１３を設けたものである。
【００１１】
また、図２は、本発明の実施の形態の他の例のワイヤ放電加工用電極線（以下、電極線２０という。）の断面構造を模式的に示している。図において、２１はＷ（タングステン）線、２２は、抵抗膜の部分と導電性微粒子とが混在した被膜層（放電分散促進被膜層）である。この電極線２０は、Ｗ線２１を伸線加工し、最終伸線加工後、電極線母材よりも電気抵抗の大きい抵抗材料であるアルキド樹脂、ポリスチレン樹脂等の樹脂と、それよりも導電率の大きい導電性微粒子であるオレンジＧ等の有機物粉末や、鉄粉等の金属粉末を溶かした溶液に浸漬させ、最表面に、抵抗膜の部分とそれよりも導電率の大きい導電性微粒子とが混在した被膜層２２を設けたものである。
【００１２】
これらの電極線１０，２０は、いずれも母材線径が例えば０．０１〜０．２ｍｍで、電極線最表面の被膜層１３，２２の厚み（膜厚）が０．１〜３０μｍである。そして、それら電極線最表面の被覆層１３，２２は、ワイヤ放電加工の放電点が適度に分散して加工速度が向上するように、抵抗材料の重量と導電性微粒子の重量の総和に対する導電性微粒子の重量の百分率で定義される導電性微粒子の濃度が設定される。
【００１３】
被膜層１３，２２の抵抗材料は、樹脂の他、浸炭等による金属炭化物であってもよい。
【００１４】
また、被膜層１３，２２は、浸漬（溶剤揮発による塗布）の他、押し出し成形、ＵＶ成形といった方法で形成することも可能である。
【００１５】
これらの電極線１０，２０は、ワーク放電加工機（図示せず）のワイヤ電極として使用し、放電回路を介して電極線１０，２０と被加工物（ワーク）との間に放電電圧を印加して、放電現象により発生した熱で被加工物を溶解切断するものであり、電極線１０，２０の最表面の略全面に、電極線母材よりも電気抵抗の大きい抵抗膜の部分と該抵抗膜よりも導電率の大きい導電性微粒子とが混在した被膜層１３，２２を有することで、放電が分散し、適度に放電点を分散させて加工速度を速くすることができるとともに、小さな放電ギャップで安定して放電を発生させることができ、ワイヤ放電加工機に使用して極間サーボ制御（サーボ電圧値の制御）の最適化により、放電ギャップを小さくして加工面をきれいにすることができるとともに、加工溝幅を小さくすることができる。
【００１６】
なお、上記実施の形態の電極線１０，２０は、黄銅めっき鋼あるいはＷ（タングステン）の電極線に本発明を適用したものであるが、本発明は、他に、鋼線（ピアノ線）の表面に銅めっきを施した電極線や、鋼線（ピアノ線）の表面に黄銅めっきあるいは銅めっきを施し、更にその表面に亜鉛めっきを施した電極線、Ｍｏ（モリブデン）を母材とする電極線等にも適用でき、また、黄銅線にも適用することができる。
【００１７】
図３は、放電分散被膜層中の導電性微粒子の濃度と膜厚との関係を示すグラフで、後述の実施例１に相当する電極線と実施例２に相当する電極線について、放電分散被膜層の膜厚（μｍ）を横軸にとり、導電性微粒子の濃度（％：重量パーセント）を縦軸にとって、放電分散被覆層を設けない電極線と比べて加工速度が向上する濃度の下限値をプロットした結果を示している（ひし形は実施例１に相当する電極線のデータで、丸は実施例２に相当する電極線のデータである。）。この例では、放電分散被覆層を設けない電極線と比べて加工速度が向上する濃度ｙ（％）は、膜厚ｘ（μｍ）が０．１≦ｘ＜１８（μｍ）の範囲では、ｙ＝４．５ｘ−３５が下限であり、被膜層の膜厚ｘ（μｍ）が１８≦ｘ≦３０（μｍ）の範囲では、ｙ＝１．５ｘ＋２０．４が下限であって、それより濃度ｙ（％）が大きく、且つ、５≦ｙ≦８０％の領域では、適度に放電点を分散させて加工速度を速くすることができるとともに、小さな放電ギャップで安定して放電を発生させることができ、ワイヤ放電加工機に使用して極間サーボ制御の最適化により、放電ギャップを小さくして加工面をきれいにすることができるとともに、加工溝幅を小さくすることができる。
【実施例１】
【００１８】
線径０．２ｍｍの黄銅線を、抵抗材料であるアルキド樹脂と導電性微粒子であるオレンジＧとを、導電性微粒子の濃度（重量パーセント）を様々に変えて溶かした溶液に浸漬させて、黄銅線の最表面の略全面に抵抗層の部分と導電性微粒子とが混在した被膜層を有する電極線としたサンプルを、被膜層の膜厚を様々に変えて作成し、これらを使用して、厚さ１０ｍｍのＳＫＤ１１の被加工物をワイヤ放電によりスリット加工し、その時の加工速度を測定し従来例と比較した。その結果を表１に示す。従来例は、上記被膜層を設けていない黄銅線である。表１は、この従来例の加工速度を１として比較した各サンプルの加工速度を示している。使用した放電加工機は、（株）ソディック社製ＡＱ５５０Ｌで、加工液はイオン交換水を用いた。
【表１】
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【００１９】
表１に示すように、被膜層の膜厚が０．１〜３０μｍで、被膜層中の導電性微粒子の濃度ｙ（％）が、５≦ｙ≦８０％で、且つ、被膜層の膜厚ｘ（μｍ）が０．１≦ｘ＜１８（μｍ）の範囲では、ｙ＞４．５ｘ−３５を満たし、被膜層の膜厚ｘ（μｍ）が１８≦ｘ≦３０（μｍ）の範囲では、ｙ＞１．５ｘ＋２０．４を満たすサンプル（実施例）は、従来例に較べて加工速度が大きい。
【実施例２】
【００２０】
線径０．２ｍｍの黄銅線を、抵抗材料であるポリスチレン樹脂と導電性微粒子である鉄粉とを、導電性微粒子の濃度（重量パーセント）を様々に変えて溶かした溶液に浸漬させて、黄銅線の最表面の略全面に抵抗層の部分と導電性微粒子とが混在した被膜層を有する電極線としたサンプルを、被膜層の膜厚を様々に変えて作成し、これらを使用して、厚さ１０ｍｍのＳＫＤ１１の被加工物をワイヤ放電によりスリット加工し、その時の加工速度を測定し従来例と比較した。その結果を表２に示す。従来例は、上記被膜層を設けていない黄銅線である。表２は、この従来例の加工速度を１として比較した各サンプルの加工速度を示している。使用した放電加工機は、（株）ソディック社製ＡＱ５５０Ｌで、加工液はイオン交換水を用いた。
【表２】
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【００２１】
表２に示すように、被膜層の膜厚が０．１〜３０μｍで、被膜層中の導電性微粒子の濃度ｙ（％）が、５≦ｙ≦８０％で、且つ、被膜層の膜厚ｘ（μｍ）が０．１≦ｘ＜１８（μｍ）の範囲では、ｙ＞４．５ｘ−３５を満たし、被膜層の膜厚ｘ（μｍ）が１８≦ｘ≦３０（μｍ）の範囲では、ｙ＞１．５ｘ＋２０．４を満たすサンプル（実施例）は、従来例に較べて加工速度が大きい。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施の形態の一例のワイヤ放電加工用電極線の断面構造の模式図で、（ａ）は横断面図、（ｂ）は縦断面図である。
【図２】本発明の実施の形態の他の例のワイヤ放電加工用電極線の断面構造の模式図で、（ａ）は横断面図、（ｂ）は縦断面図である。
【図３】本発明の実施の形態のワイヤ放電加工用電極線の放電分散被膜層中の導電性微粒子の濃度と膜厚との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００２３】
１０、２０  電極線（ワイヤ放電加工用電極線）
１１  鋼線（ピアノ線）
１２  黄銅めっき層
１３、２２  被膜層
２１  Ｗ（タングステン）線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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